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クーロン結晶を用いたナノ・イオンビーム源の研究

研究課題

研究課題/領域番号 14780383
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 プラズマ理工学
研究機関広島大学

研究代表者

伊藤 清一  広島大学, 大学院・先端物質科学研究科, 助手 (70335719)

研究期間 (年度) 2002 – 2003
研究課題ステータス 完了 (2003年度)
配分額 *注記
3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2003年度: 500千円 (直接経費: 500千円)
2002年度: 3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
キーワードイオンビーム / クーロン結晶 / レーザー冷却 / ナノ・イオンイオンビーム / イオントラップ
研究概要

本研究課題においては,線形ポールトラップ中に捕捉したカルシウムイオンをレーザー冷却により極低温化してクーロン結晶を生成し,これを引きだすことによりナノ・イオンビーム源とすることを目標とした.
ここでは捕捉・冷却の対象としてカルシウムイオン(^<40>Ca^+)を用いた.カルシウムイオンをレーザー冷却するには波長397nmの青色レーザーと波長866nmの赤色レーザーが必要である.これらには取り扱いの容易さ,コストを考慮して外部共振器型波長可変半導体レーザーを使用した.青色レーザーに関しては本研究補助金により出力13mW,線幅8MHzの市販のシステムを購入した.赤色レーザーは,部品単位で購入し,出力20mW,線幅5MHzのシステムを製作した.この線幅より評価した到達温度は約20mKである.この程度まで冷却すればイオンがクーロン結晶化することを粒子間クーロン相互作用を考慮した数値シミュレーションにより確認した.
イオンを捕捉する線形ポールトラップシステムも新たに製作した.このシステムは二つの線形ポールトラップを直列に接続した形となっている.まず一方のトラップでイオン化を行い,カルシウムイオンの単一化を行なったあと,もう一方のトラップへとイオンを移送し,捕捉,実験を行なう.このように,イオン化を行なう領域とクーロン結晶化する領域を独立させることにより,電極の汚染による電場の乱れを最小限に抑えることが出来る.イオンを効率良く移送するために,三次元汎用電磁界解析ソフト(MAFIA)により解析した電場分布を用いた数値シミュレーションと実験の両面から移送条件の最適化を行なった.
上記のシステムを用いて,捕捉したカルシウムイオンにレーザーを照射し実験を行なったが,現在までのところ残念ながら,クーロン結晶の生成には成功していない.これはレーザーの波長安定性が原因であり,波長を安定化すれば上記システムによりクーロン結晶を生成することは十分に可能であると考える.現在レーザーの波長を安定化させるためのシステムを製作中である.

報告書

(2件)
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2016-04-21  

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